高能效UV紫外线指数传感器抢占可穿戴市场商机

　　随着苹果发布 iWatch 智能手表的脚步日益临近，有关iWatch猜测、爆料也越来越猛。例如，巴克莱分析师 Blayne Curtis日前就爆料：iWatch 将采用 Silicon Labs 公司的紫外线指数传感器芯片。而最近又有一系列文章预测，iWatch还将整合最少10种传感器。毫无疑问，传感器的应用已成为可穿戴市场关注的一大焦点。

　　“Silicon Labs不仅推出了全球首款单芯片紫外线指数传感器，还提供各类高能效传感器，如温湿度、红外接近、环境光、手势感应等，能满足众多应用的需求，并且新产品还在不断推出。正如Silicon Labs一贯的产品性能特点，高性能、低功耗、小封装同样是这些混合信号智能传感器的最主要优势。” Silicon Labs核心代理商——世强资深技术主管廖华平表示。

　　图1. 世强代理的Silicon Labs传感器产品概览。

　　UV指数传感器为可穿戴设备提供差异化

　　在消费类电子产品中，对UV感测的需求正在上升，因为开发者打算通过提供保护人们免于UV伤害的这种新功能，来寻求在可穿戴和手持设备上的差异化设计。UV检测对于那些有晒伤危险或者对光照有疑虑的人们是有帮助的，例如：户外活动的终端用户在他们达到危险的暴露级别之前，带有UV传感器的产品可以为其测量累积的UV强度并且及时报警。

　　针对这一市场需求，Silicon Labs在今年2月份推出了适用于智能手机和可穿戴产品的单芯片数字紫外线（UV）指数传感器IC系列——Si11xx——紫外线指数、环境光和接近/手势传感器。设计旨在检测UV光照强度、心脏/脉搏速率、血氧饱和度，以及提供接近/手势控制等。

　　“Si1132是全球首款单芯片数字紫外线指数传感器，它集成环境光传感器，能自动调整显示来优化功耗并让人眼更舒服，同时可以跟加速计一起实现对人睡眠的跟踪。其在1Hz采样率下的功耗1.2uA ，具有超长电池寿命；集成光敏二极管、ADC和信号处理功能，简化了设计；通过I2C接口读取紫外线指数值；工厂校准提高产品的一致性；2×2毫米封装。以上这些特性使得Si1132成为智能可穿戴和保健应用的理想选择。” 廖华平指出。

　　此外，Silicon Labs还推出了Si1145/46/47 UV和IR接近/环境光传感器，根据型号提供单、双、三个LED驱动器集成选项，可为手势识别提供15级可选择的驱动等级。可应用于：心率和血氧测量、长距离接近检测、先进的2D和3D手势检测等。

　　Si1132和Si114x传感器在宽动态范围的光源（包括太阳光）下提供了优秀性能。其牢靠的传感架构也包括一个感应能力高达128kLux的环境光传感器。光电二极管响应和相关的数字转换威廉希尔官方网站 为人造光闪烁噪声和自然光干扰噪声提供了优秀的抗干扰能力。

　　“Si1132和Si114x传感器IC非常适用于具有动作跟踪功能的腕带和臂带产品、智能手表和智能手机等应用。除了支持UV指数检测之外，这些器件也可为健康和健身方面的应用提供环境光和红外（IR）接近感测功能。LG就用Si114x做了心率测量的耳塞。”廖华平表示。

　　2x2mm封装、超低功耗解决可穿戴两大难题

　　尺寸一直都是可穿戴设计中的一个难题，分立器件封装占用大量空间，很难应用于可穿戴产品中。因为当人们在户外锻炼时手腕区域通常暴露于阳光下，因此运动手表和健康/健身腕带非常适合具有UV测量功能的应用。然而，由于需要在极小的“手腕”尺寸中集成先进数字信号处理和天线功能，这些可穿戴设备已经变得空间极度受限。

　　传统上，用于消费类的UV传感器采用分立式解决方案实现，通常由对UV频率范围敏感的光电二极管构成。在进入MCU处理之前，这些光电二极管产生的电流通过ADC进行数字化。光电二极管的灵敏度波动很大，消费类应用中的可靠性使用需要对其进行校准。这些分立式UV解决方案往往依赖于复合半导体，这使得它们很难与基于CMOS的信号调节和处理威廉希尔官方网站 集成。

　　在硅基片上进行集成处理不仅节省空间而且可以改进UV测量本身。如果传感器IC不仅包含UV传感器也包含信号调节威廉希尔官方网站 （例如运算放大器）和ADC，那么它就可以在工厂执行设备校准和编程，确保产品UV数据的一致性。如果一个MCU被集成到解决方案中去执行校准、数据读取、并以可用形式提供数据，那么这种能力将会进一步增强。

　　Silicon Labs首先将所有这些功能集成到单芯片解决方案中，在一个极小的2mmx2mm封装的单芯片IC中包含了UV指数传感器和数字处理威廉希尔官方网站 。超小的2mm x 2mm封装有助于减小最终设计的尺寸并且降低物料清单（BOM）成本。廖华平强调：“UV指数传感器IC产品已经小到可以在典型的8.5英寸宽的页面中放置655颗这种传感器。”

　　延长电池寿命是可穿戴设计的另一个难题，Si11xx的超低功耗架构可帮助用户采用更小电池实现更薄的可穿戴式设计，在每秒一次的UV测量速率下平均电流低至1.2μA，待机电流更是小于500nA，有效的延长了电池寿命。

　　图2. 单芯片UV指数传感器IC架构示例。

　　在功耗显著低于同类产品条件下，传感器也提供了更大的灵敏度和感应距离。凭着单一的25.6μs红外光LED工作时间，高灵敏度的IR传感器能够在移动感应和手势识别应用中明显延长电池寿命，同时保持长达50cm的感应距离。此外，LED电流动态调整也进一步降低了系统功耗。

　　图3. Si114x超低功耗特性

　　如下图4所示，为Si114x与同类竞争产品的性能比较，图中的绿色部分指标体现了其优势所在。

　　图4. Si114x 拥有最好的接近检测性能和最低的功耗。